系统发电量和年利用小时数估算

作者: | 发布日期: 2018 年 04 月 10 日 15:49 | 分类: 行业知识

1 计算方法的介绍

我们通过Retscreen光伏计算软件来估算发电量,输入项目地点的纬度和光伏方阵的方位、安装模式、倾角,以及各月水平面上的平均日辐射及各月平均温度数据得出各月光伏阵列面上的平均日辐射;再通过输入光伏组件类型、功率、数量,额定光伏组件效率,正常工作温度,光伏温度因子,逆变器效率、容量及其它光伏阵列损耗等数据计算出年发电量,总的光伏系统效率等结果数据。

2 发电量和年利用小时数估算
(1) 光伏阵列面的辐射情况
下表中月内使用比例,水平面上的平均日辐射和月平均温度为原始数据输入,输出数据为各月光伏阵列面上的平均日辐射。
双轴光伏阵列面的辐射情况(NASA数据)

注:温度采取气象站数据。

(2) 光伏阵列面的发电量估算
下表输入原始数据得出年发电量,总的光伏系统效率等结果数据。原始数据包括:光伏组件类型、功率、数量,额定光伏组件效率,正常工作温度,光伏温度因子,年逆变器效率、容量及其它光伏阵列损耗等数据。见下表。

输出结果为:
单位面积发电量:391.7kWh/m2,年总发电量:46,331.918MWh。

3 光伏发电系统发电量的修正
(1) 光伏系统总效率计算

(a) 光伏阵列效率η1:
光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括:
组件匹配损失:对于精心设计、精心施工的系统,约有5%的损失。
太阳辐射损失:包括组件表面尘埃遮挡及不可利用的低、弱太阳辐射损失,取值3%。
最大功率点跟踪(MPPT)精度,取值2%。
直流线路损失:按有关标准规定,应小于3%。
聚光镜反射损失:按有关标准规定,应小于7%。
跟踪装置精度损失:应小于1%。
得:η1 = 95%× 97%×98%×97%×93%×99%≈81%

(b) 逆变器的转换效率η2;
逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比称为逆变器的转换效率。
根据我们与国内主要逆变器厂家沟通和调研,当逆变器负荷达到20%已上时,逆变器的效率就在97.73%以上。加上太阳能最大功率点跟踪98%,逆变器的效率达到约96%,综合到太阳能逆变器的大部分(白天)运行在50%(平均)左右容量,所以综上所述,我们取逆变器效率为96%。

(c) 交流并网效率η3:
从逆变器输出至高压电网点的传输效率,其中最主要的是变压器的效率,通常取η3=98.89%。

(2) 温度对发电量的影响
光伏电池组件只有在标准测试条件下,即:电池温度25℃、垂直入射日照强度1000W/m2、太阳光谱等同于大气质量1.5的情况下,功率才能达到标定值。多晶硅电池随着温度的升高,功率会有所下降。本项目所用电池的峰值功率系数为-0.40%/℃,NOCT(标准运行条件下的电池温度)为45℃。其中,标准运行条件为:垂直入射日照强度800W/m2,外界温度20℃,风速1m/s,太阳光谱等同于大气质量1.5的情况。
根据NASA网站的多年月平均温度,利用RETScreen 软件可估算环境温度对发电量的影响。计算结果显示,由环境温度造成的发电量损失为4%。由于风速对光伏电池发电量的影响较为复杂,所以本期工程现阶段暂不考虑。

(3) 优化用地对发电量的影响
由于考虑到追日跟踪占地面积比常规固定式占地面积要大很多,因此为了综合考虑土地的合理利用,以牺牲部分发电量来优化占地面积,按冬至日9点20的阴影间距进行排布,大约上午,下午各有20分钟的遮挡,经过折算,发电量折减按1%计算。
综上所述,光伏系统总效率:η1×η2×η3×(1-4%)×(1-1%)=72.8%
我们用Retscreen软件计算的年发电量是从光伏阵列到并网之前的,该软件已对温度对组件光电转换效率的影响,逆变器的平均效率,线损等能量损耗的影响,逆变器的影响等因素进行了折减。考虑到并网交流效率的影响(即变压器的效率98.89%)和优化用地对发电量的影响。所以并网后发电量为:

(NASA数据)发电量为46,331.918×98.89%×99%=45359457.37kWh

由于太阳能光伏发电技术已经成熟、可靠、实用,目前行业内共认的光伏组件的寿命为25-30年;本工程光伏组件的寿命按25年考虑。
如果光伏组件效率按寿命期内累计折损20%,且每年衰减的百分比相同进行计算,25年内平均每年发电量为40188479.24kWh(具体详见表7-8),年等效满负荷运行小时数为40188479.24kWh/20109.6kW=1998.5h。

4 光伏发电系统25年逐年理论发电量
通常情况下,考虑到光伏组件第一年衰减不大于1%,故光伏电站的第一年理论发电量为45359457.37×(1-1%)=45359457.37×99%=44905863 kWh。
按光伏组件的技术特性参数表中10年内年总衰减率不能超过10%,25年内总衰减率不能超过20%,以此为前提,计算第一年后逐年理论发电量(25年),结果见下表7-8。
表:光伏组件在第一年后逐年理论发电量(25年)

图:光伏组件在25年运行期间每年年总发电量柱状图。

根据某高科技行业研究机构的分析,光伏发电能源的投入回报率是非常高的,聚光光伏组件的生产能耗相当于该光伏组件在半年内的发电量总和,即其能耗回收期约为半年。考到虑聚光光伏组件的生产能耗(22452931.5kWh),本工程光伏组件寿命期内发电量的总和约为9.82×108kW·h。与2008年我国火力发电机组的平均供电煤耗 (350g/kW·h) 相比,本工程光伏组件寿命期内共可节约标准煤约3.44×105t,而且粉尘、SO2、NOX为零排放,耗水指标也接近于零。因此,太阳能光伏发电项目不仅可以带来可观的经济效益,而且能够带来社会和环境效益;再加上国家对可再生资源发展的大力扶持和政策优惠,太阳能利用产业潜力巨大、发展前景乐观。
煤耗计算:9.82×108×350/1000 =3.44×108kg =3.44×105t。

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